Les CAR-T cells, cellules tueuses spécifiques d’antigènes tumoraux, sont activées en fonction de leur taille

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Les cellules CAR-T ont révolutionné le traitement des cancers du sang, mais la sélection des antigènes cibles est entravée par le manque de compréhension sur la façon dont les CAR sont activés. Dans une nouvelle étude, Xiao et al. ont testé l’hypothèse d’exclusion de taille, selon laquelle la tyrosine phosphatase CD45 présente dans la synapse immunitaire inhibe l’activation des cellules CAR-T. Ils ont découvert que l’allongement des CAR diminuait l’exclusion des CD45 et l’activation des cellules CAR-T, tandis que l’utilisation de CD45 plus grands dans les cellules CAR-T ou le raccourcissement des antigènes cibles entraînait une augmentation de l’exclusion des CD45 et de l’activation des cellules CAR-T. L’allongement des CAR a abrogé l’efficacité in vivo des cellules CAR-T dans un modèle de tumeur de souris. Ainsi, manipuler la capacité des cellules CAR-T à mieux exclure le CD45 de la synapse immunitaire pourrait améliorer la thérapie cellulaire CAR-T.


Qu’est-ce qu’une Cellule CAR-T?

Les lymphocytes T récepteurs antigéniques chimériques ou Chimeric Antigen Receptor T cells (également connus sous le nom de lymphocytes CAR-T ou Cellules CAR-T ou CAR-T cells) sont des lymphocytes T qui ont été génétiquement modifiés pour produire un récepteur de lymphocyte T artificiel destiné à être utilisé en immunothérapie. Les récepteurs antigéniques chimériques ou Chimeric Antigen Receptor (CAR, également appelés immunorécepteurs chimériques, récepteurs de lymphocytes T chimériques ou récepteurs de lymphocytes T artificiels) sont des protéines réceptrices qui ont été conçues pour donner aux lymphocytes T la nouvelle capacité de cibler un antigène spécifique. Les récepteurs sont chimériques car ils combinent à la fois les fonctions de liaison à l’antigène et d’activation des lymphocytes T en un seul récepteur. Un CAR peut en fait être considéré comme un récepteur dans lequel ses domaines extracellulaires, transmembranaires et intracellulaires sont “empruntés” et recombinés à partir d’autres récepteurs ou conçus de novo. Un CAR est donc un récepteur synthétique aux propriétés modulaires. Cette fonctionnalité modulaire permet la flexibilité de CAR dans la reconnaissance d’une variété de cellules cibles et dans le déclenchement de plusieurs voies de signalisation.

Le CAR apparaît comme une plate-forme puissante pour reprogrammer la fonction des cellules immunitaires. La thérapie cellulaire CAR-T utilise des cellules T conçues avec des CAR pour le traitement du cancer. Le principe de l’immunothérapie CAR-T est de modifier les cellules T pour qu’elles reconnaissent les cellules cancéreuses afin de les cibler et de les détruire plus efficacement. Pour cela, les scientifiques récoltent les cellules T des personnes, les modifient génétiquement, puis infusent les cellules CAR-T résultantes chez les patients pour attaquer leurs tumeurs. Les cellules CAR-T peuvent être soit dérivées des cellules T du propre sang d’un patient (autologues), soit dérivées des cellules T d’un autre donneur sain (allogéniques). Une fois isolées d’une personne, ces cellules T sont génétiquement modifiées pour exprimer un CAR spécifique, qui les programme pour cibler un antigène présent à la surface des tumeurs. Les cellules CAR-T peuvent être à la fois CD4+ et CD8+, avec un rapport de 1 pour 1 des deux types de cellules fournissant des effets antitumoraux synergiques.

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Pour des raisons de sécurité, les cellules CAR-T sont conçues pour être spécifiques à un antigène exprimé sur une tumeur qui n’est pas exprimé sur des cellules saines. Une fois que les cellules CAR T ont été infusées à un patient, elles agissent comme un «médicament vivant» contre les cellules cancéreuses. Lorsqu’elles entrent en contact avec leur antigène ciblé sur une cellule, les cellules CAR-T s’y lient et s’activent, puis prolifèrent et deviennent cytotoxiques. Les cellules CAR-T détruisent les cellules par plusieurs mécanismes, y compris une prolifération cellulaire stimulée extensive, augmentant le degré auquel elles sont toxiques pour d’autres cellules vivantes (cytotoxicité) et en provoquant la sécrétion accrue de facteurs qui peuvent affecter d’autres cellules telles que les cytokines, les interleukines et la croissance facteurs. Les premières thérapies cellulaires CAR-T ont été approuvées par la FDA en 2017, et il existe maintenant 6 thérapies CAR-T approuvées.

Les CAR-T montrent une efficacité remarquable pour le traitement des tumeurs malignes à cellules B réfractaires ou récidivantes. L’application de la thérapie CAR-T s’étend également au traitement des tumeurs solides, des maladies auto-immunes, des infections virales et de la fibrose cardiaque et hépatique. Alors que le nombre de cibles CAR-T ne cesse d’augmenter, il existe une demande croissante pour identifier de nouveaux antigènes et concevoir des CAR correspondants qui peuvent être activés efficacement. Cependant, la sélection rationnelle des antigènes et la conception des CAR sont limitées par un manque de connaissances sur le mécanisme moléculaire sous-jacent à l’activation des CAR dépendantes de l’antigène.

La nouvelle étude, ses résultats et sa portée

La clé de l’activation des récepteurs transmembranaires est de convertir les stimuli extracellulaires en transduction de signal intracellulaire. Ce processus est traditionnellement décrit comme une communication spécifique entre le domaine extracellulaire de liaison au ligand et le domaine de signalisation intracellulaire, un modèle basé sur de nombreuses preuves expérimentales. Les manuels décrivent généralement une communication spécifique, en utilisant le récepteur du facteur de croissance épidermique (epidermal growth factor receptor) comme exemple, entre le domaine extracellulaire et intracellulaire qui sous-tend l’activation du récepteur en réponse à la liaison du ligand. Cependant, dans le cas du CAR, l’activation du domaine cytosolique n’est plus nécessairement couplée à un domaine spécifique de liaison au ligand car le domaine de liaison au ligand peut être remplacé par une variété d’anticorps à chaîne unique ou même des modules de liaison synthétiques, y compris la protéine de liaison FK506 (FKBP), le domaine de liaison FKBP-rapamycine (FRB) ou les brins d’ADN complémentaires. Ces faits remettent en question la vision traditionnelle de la façon dont les récepteurs sont activés par les ligands et soulèvent la question critique des principes sous-jacents qui régissent l’activation des récepteurs modulaires comme le CAR.

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Une des explications est que la réorganisation spatiale des protéines à l’interface cellule-cellule est un principe important dans la compréhension de l’activation des récepteurs. Ceci est illustré par le modèle de ségrégation cinétique, dans lequel les interactions entre le récepteur des cellules T (TCR) et le complexe majeur d’histocompatibilité peptidique (CMHp) excluent une volumineuse phosphatase CD45 du TCR, entraînant la phosphorylation du TCR par la kinase Lck (pour lymphocyte-specific protein tyrosine kinase). Une ségrégation spatiale dépendante de la taille similaire se trouve dans la signalisation du récepteur phagocytaire, du récepteur de l’immunoglobuline E (IgE) et du récepteur Notch. Des expériences de reconstitution in vitro démontrent que la différence de taille entre la paire récepteur-ligand et le CD45 (ou une molécule non ligaturée) est suffisante pour provoquer leur ségrégation spatiale dans la synapse. Plusieurs études ont montré que l’activation du CAR est affectée par un espaceur ou charnière inséré entre le domaine transmembranaire et le fragment variable à chaîne unique (scFv). Ces travaux fournissent des informations riches sur la façon de concevoir de meilleurs CAR pour des antigènes spécifiques.

Cependant, les résultats rapportés sont controversés : l’espaceur améliore, réduit ou n’a aucun effet sur l’activation de CAR-T. La résolution de ces résultats contradictoires nécessite une caractérisation complète des étapes de signalisation individuelles le long de la voie CAR et une évaluation de la contribution de chaque acteur clé dans l’activation CAR-T. Dans une nouvelle étude, Xiao et al. ont étudié de manière approfondie comment les tailles de CAR, d’antigène et de CD45 affectent l’activation de CAR-T. Ils ont cherché à tester une hypothèse “d’exclusion de taille” selon laquelle la liaison de l’antigène au CAR induit un espace intermembranaire rétréci entre les cellules T et les cellules cancéreuses. Par conséquent, CD45 est exclu de la “zone CAR” en raison de son grand domaine extracellulaire, favorisant la phosphorylation de CAR, qui initie une signalisation en aval conduisant à l’activation de CAR-T.

À l’appui de cette hypothèse, leurs données ont montré que l’activation de CAR-T était étroitement liée à l’exclusion de CD45 de la zone d’interaction CAR-antigène, les deux étant inversement proportionnelles à la longueur du domaine extracellulaire CAR ; les cellules CAR-T avec un domaine extracellulaire plus long ont montré un effet antitumoral réduit dans un modèle de lymphome de souris ; les épitopes proximaux de la membrane activaient mieux les cellules CAR-T que les épitopes distaux de la membrane. De plus, ils ont mis en œuvre des approches chimiques et génétiques pour augmenter la taille du domaine extracellulaire du CD45, ce qui a entraîné une amélioration de l’activité des cellules CAR-T contre les épitopes membranaires distaux. Ensemble, ces efforts ont mis en évidence la taille physique comme un facteur critique dans la détermination de l’activation des cellules CAR-T.

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Le travail de Xiao et al. a également suggéré que la manipulation de la taille du CAR pourrait constituer une stratégie efficace pour régler l’activation du CAR-T. Une mauvaise activation ne conduira pas à une mise à mort efficace, alors qu’une activation robuste peut conduire à l’épuisement et à une toxicité tissulaire potentielle. Par conséquent, une activité CAR-T intermédiaire est souhaitée, ce qui pourrait permettre des effets antitumoraux soutenus. Ceci est traditionnellement réalisé en réduisant l’affinité de liaison entre l’antigène et le scFv  ou en sélectionnant des domaines intercellulaires avec des fonctions de signalisation atténuées. Leurs résultats ont suggéré une nouvelle façon d’ajuster CAR-T : modifier la longueur de l’entretoise pour régler l’activation de CAR dans une fenêtre où un équilibre entre la destruction, la toxicité tissulaire et l’épuisement peut être atteint. Par rapport aux méthodes traditionnelles, par exemple, en ajustant l’affinité CAR-antigène, qui implique généralement un dépistage de mutations ponctuelles sur des scFv spécifiques, la manipulation de la taille de la CAR en insérant des domaines Ig ou en modifiant la longueur charnière/tige est relativement simple et peut servir de solution prometteuse. stratégie universelle pour ajuster l’activation de divers RAC.

En somme, cette étude prend en charge un modèle d’exclusion de taille dans lequel les interactions CAR-antigène excluent la phosphatase CD45 de la zone CAR, déclenchant la phosphorylation de CAR et l’activation de CAR-T. Ensemble, ces données suggèrent que l’activité de CAR-T peut être réglée en manipulant la taille de CAR ou de CD45 et que l’activation de CAR-T est affectée par la taille de l’antigène et la position de l’épitope. L’étude de Xiao et al. s’est concentrée sur un seul mécanisme expliquant l’activation de CAR-T. Bien que le modèle d’exclusion de taille soit soutenu par leurs données, Xiao et al. n’excluent pas d’autres mécanismes qui pourraient fonctionner en parallèle ou en synergie pour activer CAR-T. Par exemple, dans le cas d’antigènes solubles, il a été démontré que la dimérisation induite par le ligand active CAR-T; la mécanotransduction induite par la liaison à l’antigène pourrait également potentiellement déclencher la signalisation CAR ou ajuster le seuil. Des travaux futurs seront nécessaires pour évaluer comment ces différents mécanismes contribuent à l’activation de CAR-T.

Pour aller plus loin : Science Science ImmunologyVol. 7, No. 74, doi : 10.1126/sciimmunol.abl39

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